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异质结电荷转移的密度矩阵理论近似研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Phys. Sin.
  • 时间:2014.7.15
  • 页码:137302-
  • 分类:O484.41[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]北京科技大学数理学院物理系,北京100083
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11174029)和中央高校基本科研业务费资助的课题.
  • 相关项目:外场控制下分子纳米结的电荷输运研究
中文摘要:

分子半导体组成的异质结构是染料敏化太阳能电池的主要部分,电荷转移效率的提高是太阳能转换效率的关键。在金属纳米粒子与染料分子和半导体TiO2组成的系统中,考虑半导体的晶格结构、电子波函数在晶格边界的反射及金属纳米粒子中的等离激元效应,应用密度矩阵理论研究在光激发分子作用下电荷从分子转移到半导体晶格的动力学过程,采用密度矩阵和波函数相结合的处理方案研究了分子半导体电荷转移过程中的等离激元效应。研究发现金属钠米粒子激发所产生的等离激元可以使电荷从分子到半导体的转移效率提高3个数量级,是提高电荷转移效率的有效手段,且密度矩阵理论与波函数相结合的方法使得计算分子与15 nm尺度的半导体纳米晶体间的电荷转移成为可能,理论分析了表面等离激元的增益作用对电荷转移的影响。

英文摘要:

Heterogeneous structure of a molecule semiconductor is the essential part of dye-sensitized solar cell, and the charge injection in it is the key factor of e?ciency of solar energy conversion. A heterogeneous system is investigated where a metal nano-particle is used to decorate the structure of dye molecules and TiO2 semiconductor. Photoinduced charge injection dynamics from the molecule dye to TiO2 lattice is studied using density matrix theory. Simulations can account for the semiconductor lattice structure, the reflection of electron wave function in the lattice boundary, as well as the plasmon effect of the metal nano-particles. The compound treatment of density matrix theory and wave function approach is verified to be an e?cient way for calculating the plasmon effect in the heterogeneous system. It is found that the plasmon enhancement due to the photoexcitation of metal nano-particles can reach as high as 3 orders of magnitude, which is shown to be an e?cient way of improvement of charge conversion. The approach of density matrix theory and wave function treatment makes it possible to simulate the charge transfer in large-scale bulk semiconductor, the result of which is helpful for the theoretical analysis of plasmon enhancement in charge transfer dynamics.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876